В начале позднего протерозоя (750545 млн. лет назад) в фундаментах будущих платформ активизировались процессы движения земной коры, приведшие к появлению глубинных разломов и авлакогенов (узкая впадина геологической платформы, ограниченная разломами). Тогда на еще формирующейся Восточно-Европейской платформе преобладала суша. Протекали химические процессы, появились мощные (до 27 м) коры выветривания. В большом количестве вода была только в авлакогенах, там же накапливались осадочные породы. Они постепенно заполнялись грубыми кварцевыми железистыми песками, появившимися в результате разрушения фундамента, и углеродистыми осадками (будущими шунгитами) продуктами жизнедеятельности планктонных микроорганизмов, обитавших в этих узких, но очень глубоких водоёмах. В Подмосковье породы раннего и среднего протерозоя не выходят на поверхность. Их суммарная мощность достигает нескольких сотен метров, и доступны для изучения они только при бурении.
В венде, или венде (635545 млн. лет назад), последнем периоде протерозоя, Восточно-Европейская платформа стала отделяться от Родинии и немного сдвинулась на север, но все еще располагалась близко к Южному полюсу. На востоке она соседствовала с Сибирским континентом (известным теперь как Восточная Сибирь), а на западе с Лаврентией (континентом, на основе которого позднее сформировалась современная Северная Америка). В тот период фундамент платформы стабилизировался и к концу его стал медленно прогибаться в центральной части: образовалась Московская синеклиза. Ее заполняли глины, пески, вулканические пеплы и галечники. Начался первый этап формирования платформенного чехла. В начале вендского периода сильно похолодало, наступило самое крупное оледенение за всю историю планеты. А в середине венда территорию будущего Подмосковья затопило море, пришедшее с севера. Его населяли небольшие червеобразные организмы (от них в ископаемом состоянии сохранились лишь следы ползания) и сабелли-титиды очень мелкие загадочные животные с трубчатым органическим скелетом. Мощность вендских отложений здесь достигает 500 м, однако они погребены на больших глубинах под более молодыми слоями осадочного чехла, поэтому их можно обнаружить только при бурении.
В кембрии (545495 млн. лет назад) Родиния окончательно раскололась, а Восточно-Европейская платформа переместилась с Южного полюса к средним широтам Южного полушария. Она стала отдельным материком, окружённым с запада океаном Япетуе, а с востока раскрывающимся океаном Палеотетис. Севернее и южнее находились крупные проливы, соединяющие эти два древних водных бассейна. Северную часть Подмосковья в это время заливало мелководное море. Оно было достаточно холодным, поэтому жизнь в нём не отличалась большим разнообразием. Из скелетных организмов на дне его обитали небольшие трилобиты (древние морские членистоногие), оболюсы (брахиоподы, близкие родственники современных лингул, имеющих червеобразное тело, защищённое двустворчатой фосфатной раковиной, и ведущих зарывающийся образ жизни) и многочисленные организмы неясного происхождения (возможно, фораминиферы одноклеточные организмы, родственники амёбы), жившие в трубчатых раковинках диаметром всего 12 мм. Отложения кембрия в подмосковном регионе отсутствуют (их размыло в более поздние времена, когда на месте моря образовалась суша), хотя, к примеру, на юге Ярославской области их толщина достигает 100 м.
В ордовике (495440 млн. лет назад) Восточно-Европейская платформа все ещё оставалась отдельным континентом и лишь немного продвинулась в направлении экватора. Тогда её окружали сразу три океана: Реикум на юге, Япетус на западе и Палеотетис на востоке. Нынешнее Подмосковье было затоплено неглубоким тёплым морем, на дне которого обитали многочисленные кораллы, морские пузыри (ископаемые родственники морских лилий, имевшие шаровидную чашечку) и другие вымершие иглокожие, разнообразные брахиоподы и мшанки (сидячие беспозвоночные животные). В толще воды плавали медузы, граптолиты (вымершие колониальные полухордовые животные), головоногие моллюски с прямой торпедообразной раковиной, иногда достигавшей несколькихметров в длину, и конодонтоносители (небольшие хордовые животные с угревидным телом).
Отложения кембрия и ордовика практически не сохранились в регионе: они были размыты в следующем периоде силуре (440417 млн. лет назад), когда море отсюда ушло. В то время Восточно-Европейская платформа заняла приэкваториальное положение и вплотную приблизилась к другому континенту Лаврентии.